750 kV输电线路扩径导线工程应用深化研究

马钦国，张宁刚，江岳，王育路

（1.国网陕西省电力公司，陕西西安 710048；2.西北电力设计院，陕西西安 710075；3.国网陕西省电力公司经济技术研究院，陕西西安 710065）

750 kV输电线路扩径导线工程应用深化研究

马钦国1，张宁刚2，江岳2，王育路3

（1.国网陕西省电力公司，陕西西安 710048；2.西北电力设计院，陕西西安 710075；3.国网陕西省电力公司经济技术研究院，陕西西安 710065）

随着电力建设的发展，我国扩径导线的生产制造技术、设计施工技术已经成熟。目前，750 kV输电线路已经使用了六种不同型号的扩径导线。结合扩径导线在750 kV输电线路中的应用经验，综合分析和比较各类扩径导线的电气性能、机械性能和经济性能，提出了不同类型扩径导线的工程适用范围和应用原则，为扩径导线在后续750 kV和百万伏特高压输电线路中的应用和推广提供设计依据和参考。

750 kV；输电线路；扩径导线；应用研究

我国750 kV输电线路使用过6种不同型号的扩径导线：6×JLK/G2A-300（400）/50、6×JLK/G2A-310（400）/50、6×JLK/G2A-400（500）/45、4×JLK/G2A-630（720）/45、4×JLKX/G2A-630（720）/45（型线扩径导线）以及4×JLK/G1A-725（900）/40。与同等铝截面的导线相比，扩径导线具有更大的直径，电气性能更好。在满足输电容量和线路工程要求的前提下，使用扩径导线能节省导体材料，进而减少铁塔荷载和结构重量。采用扩径导线工程初投资较常规导线节省很多，因而在电网建设中具有一定的经济优势[1]。

本文以西北地区目前已建的750 kV输电线路工程为依托，通过调研国内750 kV输电线路扩径导线的使用情况，对上述六种扩径导线分别从输送容量、海拔范围（电磁环境的角度）、电气性能、机械特性以及工程长期运行经济性等方面与常规导线进行对比分析，对扩径导线在750 kV线路工程中的选型和应用进行深化研究。

1 扩径导线在750 kV输电线路中的应用情况

2005年，JLK/G2A-300（400）/50扩径导线在首条750 kV官亭-兰州东送电线路示范工程中首次使用，至今运行良好。扩径导线在西北750 kV输变电示范工程中的应用情况表明，其技术优点和经济效益及运行的安全可靠性已得到各方共识[2]。在示范工程基础上，经过结构设计、加工工艺、架线施工方案等方面的改进和优化后研制出的JLK/G2A-310（400）/50、JLK/G2A-400（500）/45扩径导线分别在750 kV玛纳斯-乌鲁木齐北送电线路工程、750 kV乾县-渭南输电线路工程、750 kV乌-吐-哈输电线路工程、750 kV白银—黄河输电线路工程、750 kV西宁-日月山-乌兰-格尔木输电线路等工程大量使用。在750 kV新疆与西北主网联网第二通道输电线路工程中试点应用了JLK/G2A-630（720）/45和JLK/ G1A-725（900）/40（跳线用）扩径导线。750 kV官兰线使用的JLK/G2A-300（400）/50扩径导线在实际工程放线中部分线路段出现了“跳股”现象。在后续工程中，JLK/G2A-310（400）/50、JLK/G2A-400（500）/ 45、JLK/G2A-630（720）/45、JLKX/G2A-630（720）/ 45扩径导线在架线施工中未出现“跳股”现象，目前运行情况良好。各扩径导线的技术参数见表1。

表1 扩径导线主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of expanded-diameter conductors

2 各扩径导线的载流量和最大输送功率

根据文献[3]可知，在验算导线允许载流量时，钢芯铝绞线宜采用+70℃，必要时可采用+80℃，本文按照导线最高温度+70℃，环境温度取35℃，计算各扩径导线方案在允许温升下的载流量及最大输送功率如表2所示。

表2 各扩径导线的载流量和最大输送功率Tab.2 Current carrying capacity and maximum transmission capacity of expanded-diameter conductors

3 各扩径导线在750 kV线路工程中的海拔适用范围

本文选取750 kV新疆西北联网第二通道工程1 500 m单回路典型塔头尺寸，750 kV西宁-日月山-乌兰-格尔木线路工程3 500 m单回路典型塔头尺寸，750 kV乾县-渭南线路工程1 500 m同塔双回路典型塔头尺寸计算各扩径导线在不同海拔范围的电磁环境参数。

单回路电磁环境参数计算结果如表3—表6所示。

表3 6×JLK/G2A-310（400）/50导线方案（单回路）Tab.3 6×JLK/G2A-310（400）/50 conductor scheme（single circuit）

同塔双回路电磁环境参数计算结果如表7—表10所示。

表4 6×JLK/G2A-400（500）/45导线方案（单回路）Tab.4 6×JLK/G2A-400（500）/45 conductor scheme（single circuit）

表5 4×JLK/G2A-630（720）/45导线方案（单回路）Tab.5 4×JLK/G2A-630（720）/45 conductor scheme（single circuit）

表6 4×JLK/G1A-725（900）/40导线方案（单回路）Tab.6 4×JLK/G1A-725（900）/40 conductor scheme（single circuit）

表7 6×JLK/G2A-310（400）/50导线方案（同塔双回路）Tab.7 6×JLK/G2A-310（400）/50 conductor scheme（double circuit）

表8 6×JLK/G2A-400（500）/45导线方案（同塔双回路）Tab.8 6×JLK/G2A-400（500）/45 conductor scheme（double circuit）

表9 4×JLK/G2A-630（720）/45导线方案（同塔双回路）Tab.9 4×JLK/G2A-630（720）/45 conductor scheme（double circuit）

导线电晕水平主要取决于导线表面最大工作场强Em与临界起晕场强E0的比值。《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》条文说明第5.0.2条认为导线表面场强不宜大于全面电晕电场强度的80%～85%。以往750 kV线路导线选择及实际应用时，通常将Em/E0值控制在0.88以下，实践证明合理可行。

表10 4×JLK/G1A-725（900）/40导线方案（同塔双回路）Tab.10 4×JLK/G1A-725（900）/40 conductor scheme（double circuit）

《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》规定的750 kV输电线路无线电干扰限值为58 dB（μV/m），可听噪声限值为55 dB（A）。

根据扩径导线电磁环境参数计算结果（6种扩径导线中类型和直径相同的导线不再进行单独计算）和电磁环境限值得要求，750 kV线路工程中各扩径导线的海拔适用范围如表11和表12所示。

表11 750 kV线路各扩径导线的海拔适用范围（单回路）Tab.11 Elevation applicable scope of expandeddiameter conductors in 750 kV transmission lines（single circuit）

表12 750 kV线路各扩径导线的海拔适用范围（同塔双回路）Tab.12 Elevation applicable scope of expandeddiameter conductors in 750 kV transmission lines（double circuit）

由计算结果可知，4分裂JLK/G2A-630（720）/ 45、JLKX/G2A-630（720）/45以及JLK/G1A-725（900）/40导线不能用于同塔双回的750 kV线路。

4 各扩径导线的设计荷载及弧垂

表13为几种扩径导线方案的设计荷载及弧垂比较，为了便于后续工程造价及经济性分析，选取6×JL/G1A-400/50和6×JL/G1A-500/45导线参与比较。其中扩径导线的安全系数取2.6，普通钢芯铝绞线的安全系数取2.5，风速取31 m/s，覆冰厚度取5 mm。JLK/G1A-725（900）/40导线在以往工程中只是用于跳线，因此不再作相关计算。

表13 各扩径导线的设计荷载及弧垂比较Tab.13 Design load and sag comparison of expanded-diameter conductors

由表13计算结果可知，对于垂直荷载，6×JLK/ G2A-300（400）/50导线最小，其次是6×JLK/G2A-310（400）/50、4×JLKX/G2A-630（720）/45、4×JLK/G2A-630（720）/45、6×JLK/G2A-400（500）/45、6×JL/G1A-400/50，最大的是6×JL/G1A-500/45；对于水平荷载，4×JLKX/G2A-630（720）/45和4×JLK/G2A-630（720）/ 45导线水平荷载最小，6×JLK/G2A-400（500）/45和6×JL/G1A-500/45导线水平荷载最大，6×JLK/G2A-300（400）/50、6×JLK/G2A-310（400）/50和6×JL/G1A-400/50 3种导线水平荷载相当；

对于纵向张力，4×JLKX/G2A-630（720）/45和4× JLK/G2A-630（720）/45导线最小，其次是6×JLK/G2A-300（400）/50、6×JLK/G2A-310（400）/50、6×JLK/ G2A-400（500）/45、6×JL/G1A-400/50，最大的是6× JL/G1A-500/45；导线荷载越小，对杆塔设计越有利。

弧垂特性方面，4×JLKX/G2A-630（720）/45、4× JLK/G2A-630（720）/45以及6×JL/G1A-500/45三种导线的弧垂较大，6×JL/G1A-400/50导线弧垂居中，6× JLK/G2A-300（400）/50和6×JLK/G2A-310（400）/50弧垂最小，弧垂特性最好。

5 各扩径导线经济性分析

导线方案的经济性评价，不仅要看其初始投资，还应该关注其全寿命周期费用，全寿命周期费用分析采用年费用法。

5.1 初投资费用估算

本文依据750 kV新疆与西北主网联网第二通道工程实际情况，以哈密南变～新甘省界段实际条件为边界条件，估算各扩径导线方案投资。基本风速31 m/s，覆冰5 mm，单回路架设，海拔1 500 m以下，平地占66%，丘陵占9%，一般山地占25%[4]。

不同导线的单公里材料费用比较见表14。通过应用航测得到的线路平断面图进行优化排位，得出采用不同导线型号时铁塔的使用数量，并以此计算各导线方案的单公里塔重指标，计算结果见表15。各导线方案的初投资估算见表16。

由上表可知，在同等外径前提下，扩径导线材料用量及费用均小于常规导线。与6×JL/G1A-400/50导线相比，4×JLK/G2A-630（720）/45导线费用减少2.29%，4×JLKX/G2A-630（720）/45导线由于价格稍高，费用只减少0.08%。

塔重指标方面，6×JLK/G2A-300（400）/50和6× JLK/G2A-310（400）/50 2种导线由于弧垂特性优于其他导线，加之其杆塔设计荷载较小，因此其单公里塔重指标最小；4×JLKX/G2A-630（720）/45和4× JLK/G2A-630（720）/45 2种导线杆塔设计荷载小于其他导线方案，但是其弧垂特性较差，铁塔使用数量较多，因此其单公里塔重指标略大于6×JLK/G2A-300（400）/50和6×JLK/G2A-310（400）/50 2种导线方案；6×JL/G1A-500/45导线由于杆塔设计荷载大于其他导线方案，加之其弧垂特性较差，造成其单公里塔重指标最大。

表14 各导线方案单公里材料费用比较Tab.14 Per-kilometer cost of material of each conductor scheme

表15 各导线方案单公里塔重指标比较Tab.15 Per-kilometer tower weight of each conductor scheme

表16 各导线方案的初投资估算Tab.16 Initial investment estimation of each conductor scheme

初投资方面，4×JLKX/G2A-630（720）/45和4× JLK/G2A-630（720）/45导线方案初投资小于6×JL/ G1A-400/50常规导线，6×JLK/G2A-400（500）/45导线方案初投资略大于6×JL/G1A-400/50导线，但是小于6×JL/G1A-500/45导线，6×JLK/G2A-300（400）/50和6×JLK/G2A-310（400）/50导线方案初投资最小。

5.2 电阻损耗

输送功率取2 300 MW，各种导线的电阻损耗计算结果见表17。

表17 不同导线的电阻损耗Tab.17 Resistive losses of each conductor scheme

导线的电阻损耗主要取决于总铝截面的大小，铝截面越大，电阻损耗越小。

5.3 电晕损耗

本文采用《超高压送电线路的设计》[5]中推荐的计算方法来估算各导线的年平均电晕功率损失。

各种导线方案在海拔1 500 m时的电晕损耗计算结果见表18。

由以上计算结果可见，四分裂导线电晕损耗比六分裂导线电晕损耗严重得多。与6×JLK/G2A-310（400）/50导线相比，4×JLK/G2A-630（720）/45扩径导线电晕损耗约是其1.5倍。JLKX/G2A-630（720）/45导线表面光洁度优于JLK/G2A-630（720）/45导线，因此电晕损耗较之略小。

表18 不同导线的电晕损耗Tab.18 Corona losses of each conductor scheme

5.4 最小年费用分析

本文使用年费用最小法对各导线方案的经济性进行计算分析，计算时，工程建设期限为2年，第一年和第二年的投资率分别为60%和40%，使用寿命30年，设备运行维护费率1.4%，投资回收率采用8%。输送功率取2 300 MW，电价取0.25元/度～0.35元/度，计算各种导线在不同负荷利用小时数下的年费用，计算结果如表19所示。

由以上表可知，电价为0.25元/度，最大负荷利用小时数在2 000 h～2 500 h时，JLK/G2A-300（400）/ 50及JLK/G2A-310（400）/50扩径导线经济性较优，随着利用小时数的增加，JLK/G2A-300（400）/50及JLK/G2A-310（400）/50扩径导线的经济性越来越差，在最大负荷利用小时数大于3 500 h时，这两种扩径导线的经济性是所用导线中最差的。JLKX/ G2A-630（720）/45扩径导线的经济性整体较优，在最大负荷利用小时数小于2 500 h时，经济性仅次于JLK/G2A-300（400）/50及JLK/G2A-310（400）/50扩径导线，当最大负荷利用小时数大于2 500 h时，经济性最优。

当电价为0.35元/度时，JLK/G2A-300（400）/50及JLK/G2A-310（400）/50扩径导线由于损耗较大而整体较差，JLKX/G2A-630（720）/45的经济性仍然整体较好，最大负荷利用小时数小于4 000 h时，JLKX/ G2A-630（720）/45扩径导线的经济性最优，当最大负荷利用小时数大于4 000 h时，其经济性仅次于JL/ G1A-500/45导线。

表19 各导线方案的年费用Tab.19 Annual cost of each conductor scheme

通过分析对比以上计算结果可知，电价及负荷利用小时数越小，初投资较大的导线方案经济性越差，随着电价及负荷利用小时数的提高，电能损耗较小的导线方案年费用逐渐占据优势。不同电价及负荷利用小时数下，各导线方案的选型结果如表20所示。

表20 不同电价及负荷利用小时数下的导线选型结果Tab.20 Conductor selection results on different number of the maximum load utilization hours and electricity price

6 各扩径导线的截面稳定性分析

6.1 扩径导线截面失稳原因分析

JLK/G2A-300（400）/50扩径导线在750 kV示范工程官亭—兰州东输电线路工程中使用时，经过展放后发现局部导线外层铝股从外线层中被挤出的现象，俗称跳股。跳股为不均匀分布，跳出铝股大多数为单股，跳出部分为单丝直径的1/3到2/3，在塔位高差大的地方跳股现象严重，地形平缓地方跳股较轻[6]。

根据以往研究表明扩径导线跳股的主要原因是导线在拉伸载荷作用下反复通过滑轮弯曲形成明显铝股间接触塑性压痕，从而导致扩径导线直径的明显减缩，这将导致最外层铝股间的原始间隙减少。当间隙减小到零后，如继续加载将使外层铝股沿径向相互挤压，当导线内部各层直径缩减量大于导线外层缩减量，继续增加的载荷将导致外层铝股失去邻外层铝股的径向支撑，从而导致外层的一些铝股被挤出层外的现象——即所谓的“跳股失稳”现象[7]。

6.2 临界跳股张力计算

扩径导线的截面稳定性是其安全稳定应用的主要影响因素。要研究导线结构的失稳特性首先应分析导线结构的局部受力状态，由于导线局部结构复杂，接触副类型较多，使得其线股间的应力分布也非常复杂，很难通过理论计算和试验测量获得准确的数学模型描述其受力。

中国电力科学研究院利用在±1 100 kV特高压直流深化研究中编译的扩径导线截面稳定性软件，通过试验和数值分析相结合的方法揭示导线接触面上的应力分布、失稳条件、失稳特征，对6种扩径导线结构稳定性进行了仿真计算。给出了6种扩径导线的临界跳股张力如表21所示。

表21 6种扩径导线临界跳股张力Tab.21 Critical strand jumping tensions of 6 kinds of expanded-diameter conductors

由仿真结果可以看出：JLK/G2A-310（400）/50的临界跳股张力为28.5%RTS，施工实践表明其未发生跳股，JLK/G2A-300（400）/50的临界跳股张力为23.5%RTS，施工实践表明其发生过跳股，JLK/G2A-400（500）/45的临界跳股张力为27.2%RTS，施工实践表明其未发生跳股。

通过以上分析可以认为临界跳股张力25%RTS是各扩径导线能否承受张力放线的分界线；JLK/ G1A-725（900）/40导线不能承受张力放线，不可以在线路档内使用，只能作为跳线使用。此外，根据以上各导线临建跳股张力计算结果，建议扩径导线展放时，在保证导线安全、架空高度的前提下，放线张力不宜超过导线额定拉断力（RTS）的25%。

7 结论

1）JLK/G2A-300（400）/50导线在首条750 kV线路工程中成功应用，但是由于其结构稳定性较差，施工过程中易发生跳股，因此，在今后线路工程中不建议使用。

2）线路采用单回路架设时，六分裂JLK/G2A-310（400）/50导线方案适用于海拔3 500 m以下地区，六分裂JLK/G2A-400（500）/45导线方案适用于海拔4 000 m以下地区，四分裂JLKX/G2A-630（720）/45和JLK/G2A-630（720）/45导线方案适用于海拔1 500 m以下地区。

3）线路采用同塔双回路架设时，六分裂JLK/ G2A-310（400）/50导线方案适用于海拔1 000 m以下地区，六分裂JLK/G2A-400（500）/45导线方案适用于海拔2 000 m以下地区，四分裂JLKX/G2A-630（720）/45和JLK/G2A-630（720）/45导线方案不能用于同塔双回的750 kV输电线路。

4）工程投资费用：以6×JL/G1A-400/50常规导线为基准，6×JLK/G2A-300（400）/50导线减少7.23%，6×JLK/G2A-310（400）/50导线减少7.65%，4×JLK/ G2A-630（720）/45导线减少2.86%，4×JLKX/G2A-630（720）/45导线减少2.56%；以6×JL/G1A-500/45常规导线为基准，与之同等外径的6×JLK/G2A-400（500）/45导线减少4.83%。

5）六分裂JLK/G2A-310（400）/50扩径导线由于电能损耗较大，在负荷利用小时数大于2 000 h时，不建议采用，四分裂JLKX/G2A-630（720）/45和JLK/G2A-630（720）/45导线初投资略大于六分裂JLK/G2A-310（400）/50导线，由于其电能损耗较小，随着电价及负荷利用小时数的提高，经济性整体较优。

6）根据各扩径导线临界跳股张力计算分析结果，可以认为临界跳股张力25%RTS是各扩径导线能否承受张力放线的分界线，建议扩径导线展放时，在保证导线安全、架空高度的前提下，放线张力不宜超过导线额定拉断力（RTS）的25%。JLK/G1A-725（900）/40导线不能承受张力放线，不可以在线路档内使用，只能作为跳线使用。

[1]西北电力设计院.西北电网750 kV输变电工程关键技术研究—扩径导线的开发研制研究报告[R].北京：国家电网公司，2004.

[2]衣立东.750 kV输变电工程关键技术及可研成果的应用分析[J].电网与水力发电进展，2007（3）:8-12.YI Lidong.Application analysis of key technology and research achievements for 750 kV transmission and transformation project[J].Advances of Power System Hydroelectric Engineering，2007，23（3）:8-12（in Chinese）.

[3]GB50545-2010 110 kV～750 kV架空输电线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[4]西北电力设计院.750 kV二通道（哈密～柴达木、沙州～敦煌）双回输电线路工程施工图总说明书[R].

[5]亚历山大·罗夫.超高压送电线路的设计[M].北京：水利电力出版社，1987.

[6]冯玉昌，李云阁，顿连标.750 kV扩径导线的运行情况总结[J].电力建设，2007，28（10）：43-46.FENG Yuchang，LI Yunge，DUN Lianbiao.Operation summary of the 750 kV oversized conductor[J].Electric Power Construction，2007，28（10）：43-46（in Chinese）.

[7]毕庶达.750 kV输电线路扩径导线跳股原因分析[J].电力建设，2006，27（9）：2-3.BI Shuda.Analysis on causes of strand jump ing of extended diameter conductor for 750 kV transmission line[J].Electric Power Construction，2006，27（9）：2-3（in Chinese）.

（编辑 黄晶）

An In-Depth Study on the Engineering Application of Expanded-Diameter Conductors in 750 kV Transmission Lines

MA Qinguo1，ZHANG Ninggang2，JIANG Yue2，WANG Yulu3
（1.State Grid Shaanxi Electric Power Company，Xi’an 710048，Shaanxi，China；2.Northwest Electric Power Design Institute，Xi’an 710075，Shaanxi，China；3.Economic Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Company，Xi’an 710065，Shaanxi，China）

With rapid development of electric power construction，the manufacture，design and construction technologies of the expanded-diameter conductor has matured in China.At present，six different types of expanded-diameter conductors are used in 750 kV transmission lines in China.Based on the application experience of the expanded-diameter conductors in 750 kV transmission lines，this paper presents a comprehensive analysis and comparison of the electrical properties，mechanical performance and economic performance of all kinds of expandeddiameter conductors and puts forward the application range and principle for different expanded-diameter conductors and provide the design basis and reference for the further application and popularization of the conductors in the future 750 kV and UHVAC transmission line projects.

750 kV；transmission line；expanded-diameter conductor；application research

2014-11-03。

马钦国（1964—），男，硕士，高级工程师，从事电网建设管理工作，现任国网陕西省电力公司副总工程师、建设部主任；

张宁刚（1983—），男，本科，工程师，从事输电线路设计研究工作；

江 岳（1981—），男，硕士，工程师，从事输电线路设计研究工作；

王育路（1985—），男，硕士，工程师，高电压技术专业。

1674-3814（2016）05-0070-08

TM751

A